ES2655286T3 - Method for monitoring the condition of a rotor of a wind power plant - Google Patents
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Abstract
Método para supervisar el estado de salud de un rotor de una planta de energía eólica, comprendiendo dicho método las etapas de: medir señales de actividad de las palas en dicho rotor, estableciendo valores diferenciales entre las señales de actividad de las diferentes palas, y caracterizado por que los valores diferenciales se usan para supervisar el estado de salud del rotor en la planta de energía eólica.Method for monitoring the health status of a rotor of a wind power plant, said method comprising the steps of: measuring activity signals of the blades in said rotor, establishing differential values between the activity signals of the different blades, and characterized because differential values are used to monitor the health status of the rotor in the wind power plant.
Description
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DESCRIPCIONDESCRIPTION
Método para supervisión del estado de un rotor de una planta de energía eólica Campo de la invenciónMethod for monitoring the condition of a rotor of a wind power plant Field of the invention
La invención se refiere a un método, a una turbina eólica y a una agrupación de turbinas eólicas.The invention relates to a method, a wind turbine and a grouping of wind turbines.
Descripción de la técnica relacionadaDescription of the related technique
El uso de sistemas de supervisión del estado para turbinas eólicas se ha incrementado significativamente en los últimos años según ha crecido el tamaño de los componentes principales de la turbina eólica y se han diseñado también más próximos a los límites de los materiales.The use of state monitoring systems for wind turbines has increased significantly in recent years as the size of the main components of the wind turbine has grown and they have also been designed closer to the limits of the materials.
Es posible con un sistema de supervisión del estado detectar continuamente la actividad de los componentes de la turbina eólica tales como las palas de la turbina eólica durante el uso normal. Las anormalidades en el funcionamiento del componente de la turbina eólica pueden detectarse anticipadamente, tales como daños o deterioros del componente y eliminarlas a tiempo antes de la rotura completa del componente.It is possible with a state monitoring system to continuously detect the activity of wind turbine components such as the wind turbine blades during normal use. Abnormalities in the operation of the wind turbine component can be detected early, such as damage or deterioration of the component and eliminated in time before the complete breakage of the component.
Un problema con los sistemas conocidos de supervisión del estado es el hecho de que la complejidad de los componentes de la turbina eólica hace difícil establecer curvas de referencia fiables con las que comparar los valores medidos.A problem with the known state monitoring systems is the fact that the complexity of the wind turbine components makes it difficult to establish reliable reference curves with which to compare the measured values.
Un ejemplo de un sistema de supervisión del estado para una turbina eólica se divulga en el documento US 2005/0276696 A1. Este documento se refiere a un sistema para supervisión de la acumulación de hielo sobre una pala de turbina eólica. La supervisión de la acumulación de hielo se realiza supervisando las condiciones meteorológicas que se refieren a las condiciones de formación de hielo; supervisando una o más características físicas de la turbina eólica en funcionamiento que varían de acuerdo con al menos una de las masas de la una o más palas del rotor, o un desequilibrio de masas entre las palas del rotor; usando una o más de estas características físicas supervisadas para determinar una anomalía en la masa de la pala; determinar si las condiciones meteorológicas supervisadas son consistentes con la formación de hielo en la pala; y señalizar una anomalía de masa de la pala relacionada con la acumulación de hielo, si está presente.An example of a state monitoring system for a wind turbine is disclosed in US 2005/0276696 A1. This document refers to a system for monitoring the accumulation of ice on a wind turbine blade. The ice accumulation is monitored by monitoring the weather conditions that refer to the icing conditions; monitoring one or more physical characteristics of the operating wind turbine that vary according to at least one of the masses of the one or more rotor blades, or a mass imbalance between the rotor blades; using one or more of these monitored physical characteristics to determine an anomaly in the blade mass; determine whether supervised weather conditions are consistent with the formation of ice on the blade; and signal a shovel mass anomaly related to ice accumulation, if present.
Otro ejemplo de un sistema de supervisión del estado conocido para una turbina eólica se divulga en el documento US-B 7.072.784.Another example of a known state monitoring system for a wind turbine is disclosed in US-B 7,072,784.
En consecuencia, es necesario proveer al sistema de supervisión del estado de un gran margen para compensar y asegurar que se detecta cualquier anormalidad. El sistema de supervisión del estado puede sin embargo convertirse fácilmente en impreciso con el margen de compensación y por ello provocar un cierto número de falsas alarmas.Consequently, it is necessary to provide the state monitoring system with a large margin to compensate and ensure that any abnormality is detected. The state monitoring system can, however, easily become inaccurate with the compensation margin and therefore cause a certain number of false alarms.
Adicionalmente hay un problema en que los muchos tamaños y tipos diferentes de componentes de la turbina eólica requieren una base de datos significativa de curvas de referencia para aplicar con éxito los sistemas de supervisión del estado a todas las turbinas eólicas modernas.Additionally there is a problem in that the many different sizes and types of wind turbine components require a significant database of reference curves to successfully apply the state monitoring systems to all modern wind turbines.
Es un objeto de la presente invención proporcionar soluciones para turbinas eólicas sin las desventajas anteriormente mencionadas de la técnica anterior.It is an object of the present invention to provide solutions for wind turbines without the aforementioned disadvantages of the prior art.
La invenciónThe invention
La invención proporciona un método para supervisar el estado de salud de un rotor de una planta de energía eólica, comprendiendo dicho método las etapas de:The invention provides a method for monitoring the health status of a rotor of a wind power plant, said method comprising the steps of:
medir señales de actividad de las palas en dicho rotor,measure activity signals of the blades in said rotor,
estableciendo valores diferenciales entre las señales de actividad de las diferentes palas, yestablishing differential values between the activity signals of the different blades, and
en el que los valores diferenciales se usan para supervisar el estado de salud del rotor en la planta de energía eólica.in which the differential values are used to monitor the health status of the rotor in the wind power plant.
De ese modo se consigue un método ventajoso para tomar la decisión de si el rotor de la planta de energía eólica está saludable/en buen estado o no. Especialmente se establece un método que no depende explícitamente de una composición, intensidad o actividad de una señal individual mediante la utilización de diferencias en la respuesta de las palas individuales.In this way an advantageous method is obtained to make the decision of whether the rotor of the wind power plant is healthy / in good condition or not. Especially a method is established that does not explicitly depend on a composition, intensity or activity of an individual signal by using differences in the response of the individual blades.
Puede decirse que todas las palas de una planta de energía eólica funcionan en el mismo entorno, es decir, a lo largo de toda una vuelta ven aproximadamente las mismas cargas externas (viento, lluvia, temperatura, etc.). MásIt can be said that all the blades of a wind power plant operate in the same environment, that is, throughout the entire turn they see approximately the same external loads (wind, rain, temperature, etc.). Plus
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aún, dado que se fabrican con las mismas especificaciones, deberían tener igual resistencia para soportar las cargas. De ese modo si la carga es la misma y las palas tienen igual resistencia y están en buen estado, no debe esperarse ninguna diferencia en la respuesta desde las palas individuales.still, since they are manufactured with the same specifications, they should have the same resistance to support the loads. Thus, if the load is the same and the blades have equal resistance and are in good condition, no difference in response from the individual blades should be expected.
Para ser capaz de identificar el estado del rotor de la planta de energía eólica, las técnicas conocidas, por ejemplo en las que se comparan valores medidos con valores de referencia conocidos, requieren una base de datos completa de varios valores de referencia para sustancialmente todas las situaciones de carga. Dicha base de datos es muy difícil de obtener. Una ventaja del método inventado es que no requiere la existencia de los valores de referencia obtenidos.To be able to identify the rotor status of the wind power plant, known techniques, for example in which measured values are compared with known reference values, require a complete database of several reference values for substantially all loading situations This database is very difficult to obtain. An advantage of the invented method is that it does not require the existence of the obtained reference values.
En un aspecto de la presente invención se miden señales de actividad con sensores acústicos en contacto con los medios estructurales del rotor, por ejemplo la estructura de refuerzo de las palas. De ese modo se consigue una realización ventajosa de la invención dado que las vibraciones estructurales medidas proporcionan una imagen del estado de salud de la pala.In one aspect of the present invention, activity signals are measured with acoustic sensors in contact with the structural means of the rotor, for example the reinforcing structure of the blades. In this way an advantageous embodiment of the invention is achieved since the measured structural vibrations provide an image of the health status of the blade.
En otro aspecto más de la invención dichos medios estructurales del rotor comprenden uno o más cojinetes de paso de la pala del rotor. De ese modo se asegura que pueden obtenerse directamente desde los cojinetes de paso las mediciones que indican el estado de dichos cojinetes. Se asegura adicionalmente que puede medirse cualquier señal acústica emitida acoplada a los cojinetes de paso desde las palas del rotor.In yet another aspect of the invention said structural means of the rotor comprise one or more pitch bearings of the rotor blade. This ensures that measurements indicating the state of these bearings can be obtained directly from the step bearings. It is further ensured that any emitted acoustic signal coupled to the pitch bearings from the rotor blades can be measured.
En otro aspecto de la presente invención dicha supervisión se realiza continuamente, con intervalos predefinidos y/o se inicia en respuesta a una situación anormal detectada. De ese modo se consiguen realizaciones ventajosas de la invención que incluyen las posibilidades de supervisar el estado de salud del rotor solamente periódicamente en lugar de continuamente o solamente cuando se detecta un cambio respecto a los valores normales. Además, es posible combinar las diferentes etapas del método, por ejemplo, control continuo durante elevadas cargas del rotor y control periódico en periodos de carga más baja para supervisar especialmente el estado del rotor cuando es más necesario.In another aspect of the present invention said supervision is carried out continuously, with predefined intervals and / or is initiated in response to an abnormal situation detected. Thus, advantageous embodiments of the invention are achieved that include the possibilities of monitoring the health status of the rotor only periodically instead of continuously or only when a change is detected with respect to normal values. In addition, it is possible to combine the different stages of the method, for example, continuous control during high rotor loads and periodic control in periods of lower load to especially monitor the condition of the rotor when it is most necessary.
En un aspecto adicional de la presente invención la situación anormal se detecta en al menos una propiedad física de funcionamiento de al menos un componente de dicha planta de energía eólica tal como la emisión acústica, temperatura y/o valores eléctricos. De ese modo es posible activar una comprobación de la supervisión del estado cuando otros valores de sensores, por ejemplo en otras partes de la planta de la energía eólica, indican que algo puede estar mal en el rotor.In a further aspect of the present invention the abnormal situation is detected in at least one physical operating property of at least one component of said wind power plant such as acoustic emission, temperature and / or electrical values. In this way it is possible to activate a state monitoring check when other sensor values, for example in other parts of the wind power plant, indicate that something may be wrong in the rotor.
En un aspecto adicional más de la presente invención las señales de actividad se promedian o integran a lo largo de un periodo de tiempo antes de que se establezcan los valores diferenciales. Las señales de actividad no están en sincronismo dado que las palas se desplazan relativamente entre ellas típicamente con un ángulo de 120 grados o 180 grados en rotores de 3 o 2 palas, respectivamente. La señal de actividad de una pala varía a lo largo de una rotación cuando la pala pasa por diferentes entornos en la rotación que incluyen la torre que puede incrementar el nivel de señal con relación a la pala en el punto más alto.In a further aspect of the present invention activity signals are averaged or integrated over a period of time before differential values are established. The activity signals are not in sync since the blades typically move relative to each other typically at an angle of 120 degrees or 180 degrees on 3 or 2 blade rotors, respectively. The activity signal of a blade varies along a rotation when the blade passes through different environments in the rotation that include the tower that can increase the signal level relative to the blade at the highest point.
En un aspecto de la presente invención las señales de actividad son retardadas en el tiempo antes de que se establezcan los valores diferenciales. De ese modo es posible sincronizar las señales de actividad de las diferentes palas (desplazando algunas señales de actividad un periodo de tiempo que corresponde a 120 grados o 180 grados) antes de que se establezcan los valores diferenciales.In one aspect of the present invention activity signals are delayed in time before differential values are established. In this way it is possible to synchronize the activity signals of the different blades (moving some activity signals a period of time corresponding to 120 degrees or 180 degrees) before the differential values are established.
Sin embargo, deberá remarcarse que la diferencia entre las señales de actividad puede establecerse directamente ignorando las pocas diferencias de pico o nivelando en su lugar la señal diferencial.However, it should be noted that the difference between activity signals can be established directly by ignoring the few peak differences or by leveling the differential signal instead.
En otro aspecto de la presente invención, el resultado de dichos valores diferenciales del rotor se compara con un valor predefinido para establecer si las palas tienen o no señales de actividad similares. Dado que siempre están presentes pequeñas diferencias entre las palas del rotor, es ventajoso introducir un valor predefinido que defina cuándo una diferencia está dentro de un intervalo normal de las palas.In another aspect of the present invention, the result of said rotor differential values is compared with a predefined value to establish whether or not the blades have similar activity signals. Since small differences are always present between the rotor blades, it is advantageous to enter a predefined value that defines when a difference is within a normal range of the blades.
En un aspecto adicional de la presente invención, un número de sensores acústicos mide el estado de una pala cuando un valor diferencial está por encima del valor predefinido para dicha pala. Mediante los sensores distribuidos es posible detectar la posición del problema de la pala que provoca un valor diferencial por encima del valor predefinido, por ejemplo un defecto en la superficie de la pala o en un cojinete de paso que da una señal de actividad diferente respecto a las otras palas dentro del rotor. Para la supervisión de áreas, componentes, etc. específicos pueden instrumentarse por separado.In a further aspect of the present invention, a number of acoustic sensors measure the state of a blade when a differential value is above the predefined value for said blade. Using the distributed sensors it is possible to detect the position of the problem of the blade that causes a differential value above the predefined value, for example a defect in the surface of the blade or in a pitch bearing that gives a signal of different activity with respect to the other blades inside the rotor. For the supervision of areas, components, etc. specific can be instrumented separately.
En otro aspecto de la presente invención, se realiza una comparación entre todos los valores diferenciales. Cuando los valores diferenciales establecidos indican una posible anormalidad en una de las palas del rotor en las que se han medido las señales de actividad, una comparación entre todos los valores diferenciales establecidos asegura que la pala del rotor específica sobre las que se han medido los valores anormales, puede detectarse y señalarse. Esto asegura a su vez que posteriormente se requieren menos medidas para localizar el origen exacto del problemaIn another aspect of the present invention, a comparison is made between all differential values. When the established differential values indicate a possible abnormality in one of the rotor blades in which the activity signals have been measured, a comparison between all the established differential values ensures that the specific rotor blade on which the values have been measured abnormal, can be detected and indicated. This in turn ensures that subsequently less measures are required to locate the exact origin of the problem.
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de la pala del rotor.of the rotor blade.
En otro aspecto más de la presente invención dicho método comprende adicionalmente el control de dicho rotor de dicha planta de energía eólica basándose en dicho estado de salud del rotor,In yet another aspect of the present invention said method further comprises controlling said rotor of said wind power plant based on said rotor health state,
en el que se establecen uno o más valores diferenciales entre las señales de actividad de las diferentes palas, yin which one or more differential values are established between the activity signals of the different blades, and
en el que dichos uno o más valores diferenciales se usan para controlar las cargas sobre las palas del rotor y/o las cargas sobre los cojinetes de paso del rotor en la planta de energía eólica, tal como mediante el cambio individualmente del paso de una o más palas de modo que se adapten al estado de salud del rotor.wherein said one or more differential values are used to control the loads on the rotor blades and / or the loads on the rotor pitch bearings in the wind power plant, such as by individually changing the pitch of one or more more blades so that they adapt to the state of health of the rotor.
De ese modo se asegura que la planta de energía eólica se supervisa y/o controla basándose en dichas señales de actividad medidas mediante lo que pueden controlarse en consecuencia parámetros de la planta de energía eólica tales como las cargas sobre las palas del rotor y/o las cargas sobre los cojinetes de paso. Adicionalmente se asegura que dicha planta de energía eólica puede controlarse, por ejemplo cerrándola para el servicio si dicha supervisión indica estados de la planta de energía eólica que pueden provocar un problema de seguridad.This ensures that the wind power plant is monitored and / or controlled on the basis of said measured activity signals whereby parameters of the wind power plant such as loads on the rotor blades and / or can be controlled accordingly the loads on the step bearings. Additionally, it is ensured that said wind power plant can be controlled, for example by closing it for service if said supervision indicates wind power plant states that can cause a safety problem.
En otro aspecto de la presente invención, un sistema de control de la planta de energía eólica controla la planta en respuesta a los resultados de dichos valores diferenciales del rotor por ejemplo mediante el cambio del paso de una o más palas. De ese modo es posible controlar y operar la planta de energía eólica de una manera no simétrica para poner menos carga sobre los componentes más débiles. Especialmente es posible adaptar la señal de paso para una pala de un rotor de planta de energía eólica con relación al estado de la pala, por ejemplo estableciendo una estrategia de cambio de paso menos exigente para una pala si los resultados de salud de la pala son menores que los de las otras palas en el rotor.In another aspect of the present invention, a wind power plant control system controls the plant in response to the results of said rotor differential values for example by changing the pitch of one or more blades. In this way it is possible to control and operate the wind power plant in a non-symmetrical way to put less load on the weaker components. It is especially possible to adapt the pitch signal for a blade of a wind power plant rotor in relation to the state of the blade, for example by establishing a less demanding pitch change strategy for a blade if the blade's health results are smaller than those of the other blades in the rotor.
La invención también se refiere a una planta de energía eólica que comprende un rotor de planta de energía eólica que incluye al menos dos palas, medios de medición para medir señales de actividad de dichas palas, yThe invention also relates to a wind power plant comprising a wind power plant rotor that includes at least two blades, measuring means for measuring activity signals of said blades, and
medios para establecer uno o más valores diferenciales mediante la comparación entre dichas señales de actividad,means for establishing one or more differential values by comparing said activity signals,
caracterizado por que dichos uno o más valores diferenciales se usan en los medios para el control del rotor de la planta de energía eólica.characterized in that said one or more differential values are used in the means for controlling the rotor of the wind power plant.
De ese modo se consiguen medios ventajosos para tomar la decisión de si el rotor de la planta de energía eólica está o no saludable/en buen estado. Especialmente se establecen medios que no dependen explícitamente de la composición, intensidad o actividad de una señal individual mediante la utilización de diferencias en la respuesta de las palas individuales. Adicionalmente los medios para el control del rotor son independientes del tipo de las palas y las palas pueden modernizarse con nuevas palas sin que los medios para el control necesiten nueva calibración.In this way, advantageous means are obtained to make the decision whether or not the rotor of the wind power plant is healthy / in good condition. Especially means are established that do not explicitly depend on the composition, intensity or activity of an individual signal by using differences in the response of the individual blades. Additionally, the means for controlling the rotor are independent of the type of the blades and the blades can be modernized with new blades without the means for the control needing new calibration.
En un aspecto de la presente invención dichos medios de medición son uno o más sensores acústicos, por ejemplo colocados en contacto con los medios estructurales del rotor tales como la estructura de refuerzo de las palas o en la proximidad a las palas del rotor de la planta de energía eólica o combinaciones de los mismos. De ese modo se asegura que pueden detectarse señales de actividad de emisión acústica específicas y precisas mediante el seguimiento del rotor directamente o estando en estrecha proximidad a las palas.In one aspect of the present invention said measuring means are one or more acoustic sensors, for example placed in contact with the structural means of the rotor such as the reinforcing structure of the blades or in proximity to the blades of the rotor of the plant of wind energy or combinations thereof. This ensures that specific and precise acoustic emission activity signals can be detected by tracking the rotor directly or being in close proximity to the blades.
En un aspecto adicional de la presente invención se posicionan en cada pala del rotor de la planta de energía eólica uno o más sensores acústicos, por ejemplo uno o más sensores piezoeléctricos. De ese modo se asegura que se detecta la emisión acústica de la pala y con ninguno o muy poco ruido desde otras fuentes.In a further aspect of the present invention, one or more acoustic sensors, for example one or more piezoelectric sensors, are positioned on each rotor blade of the wind power plant. This ensures that the acoustic emission of the blade is detected and with no or very little noise from other sources.
En un aspecto adicional más de la presente invención se colocan uno o más sensores acústicos dentro del buje del rotor de la planta de energía eólica y detectando, por ejemplo, sonidos acústicos desde la sección de raíz de la pala. De ese modo se asegura que entre las emisiones acústicas de las emisiones de la pala desde el cojinete de paso puede supervisarse especialmente, por ejemplo en combinación con sensores de emisión acústica dentro de la pala.In a further aspect of the present invention, one or more acoustic sensors are placed within the rotor hub of the wind power plant and detecting, for example, acoustic sounds from the blade section of the blade. This ensures that the acoustic emissions of the blade emissions from the step bearing can be monitored especially, for example in combination with acoustic emission sensors inside the blade.
En un aspecto de la presente invención cada pala comprende una pluralidad de sensores acústicos y preferentemente entre 10 y 50 sensores. De ese modo se asegura que está presente la cantidad requerida de sensores acústicos para supervisar cada área deseada de una pala.In one aspect of the present invention each blade comprises a plurality of acoustic sensors and preferably between 10 and 50 sensors. This ensures that the required amount of acoustic sensors is present to monitor each desired area of a shovel.
En otro aspecto de la presente invención cada pala comprende filas de sensores acústicos conectados, por ejemplo entre 2 y 5 filas con aproximadamente 10 sensores en cada fila y en las que los sensores se separan preferentemente con una distancia de 3 metros o menos entre sí. De ese modo es posible establecer una estructura ventajosa de sensores para supervisar una pala.In another aspect of the present invention each blade comprises rows of connected acoustic sensors, for example between 2 and 5 rows with approximately 10 sensors in each row and in which the sensors are preferably separated with a distance of 3 meters or less from each other. In this way it is possible to establish an advantageous sensor structure to monitor a blade.
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En ciertos aspectos de la presente invención se extiende sustancialmente una fila desde la raíz de la pala a la punta de la pala y se distribuye una fila en las zonas del borde de salida y de ataque y en el lado de succión y de presión, respectivamente.In certain aspects of the present invention a row is substantially extended from the root of the blade to the tip of the blade and a row is distributed in the areas of the trailing and leading edge and on the suction and pressure side, respectively .
En otro aspecto de la presente invención dichos medios para el control son parte del sistema de control de la planta de energía eólica, por ejemplo como un sistema de supervisión del estado y/o como una parte del sistema de control del rotor. De ese modo se consigue que puedan usarse los valores diferenciales en diferentes situaciones tales como; para supervisar la situación de salud de la pala como una funcionalidad de control pasivo de la pala, para iniciar la detección de una posición de un problema en la pala que provoca un valor diferencial y/o para controlar activamente la pala por ejemplo con un paso individual como resultado de un valor diferencial.In another aspect of the present invention said control means are part of the wind power plant control system, for example as a state monitoring system and / or as a part of the rotor control system. In this way it is achieved that differential values can be used in different situations such as; to monitor the health situation of the blade as a passive control functionality of the blade, to initiate the detection of a position of a problem in the blade that causes a differential value and / or to actively control the blade for example with one step individual as a result of a differential value.
En un aspecto adicional de la presente invención dicho sistema de control del rotor cambia individualmente el paso de las palas en respuesta a dichos valores diferenciales entre las palas.In a further aspect of the present invention said rotor control system individually changes the pitch of the blades in response to said differential values between the blades.
En un aspecto adicional más de la presente invención dicha planta comprende medios para comparar entre todos los valores diferenciales.In a further aspect of the present invention said plant comprises means for comparing all differential values.
La invención también se refiere a una agrupación de plantas de energía eólica que comprende al menos dos plantas de energía eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 19. De ese modo se consigue una realización ventajosa de la invención.The invention also relates to a grouping of wind power plants comprising at least two wind power plants according to any one of claims 10 to 19. Thus an advantageous embodiment of the invention is achieved.
En un aspecto de la presente invención las plantas de energía eólica se controlan mediante un sistema de control distribuido, por ejemplo un sistema SCADA. De ese modo es posible supervisar el estado de un cierto número de plantas de energía eólica desde un centro de control tal como un centro de control de un parque eólico o un centro de control de un operador de la red eléctrica.In one aspect of the present invention wind power plants are controlled by a distributed control system, for example a SCADA system. In this way it is possible to monitor the status of a certain number of wind power plants from a control center such as a control center of a wind farm or a control center of a power grid operator.
La invención también se refiere al uso de un método para supervisar el estado de palas y/o mecanismos de paso de un rotor de una planta de energía eólica y para establecer valores de paso individuales para las palas en un rotor de planta de energía eólica.The invention also relates to the use of a method for monitoring the state of blades and / or passage mechanisms of a rotor of a wind power plant and for establishing individual pitch values for blades in a rotor of wind power plant.
FigurasFigures
La invención se describirá en lo que sigue con referencia a las figuras en las que la fig. 1 ilustra una vista frontal de una planta de energía eólica,The invention will be described in the following with reference to the figures in which fig. 1 illustrates a front view of a wind power plant,
la fig. 2 ilustra esquemáticamente componentes principales de una planta de energía eólica y una realización de un sistema de supervisión del estado de acuerdo con la invención para la planta,fig. 2 schematically illustrates main components of a wind power plant and an embodiment of a state monitoring system according to the invention for the plant,
la fig. 3 ilustra etapas del método de un sistema de supervisión del estado de acuerdo con la invención para una planta de energía eólica,fig. 3 illustrates steps of the method of a state monitoring system according to the invention for a wind power plant,
la fig. 4a ilustra ejemplos de valores del rotor medidos y establecidos por el sistema de supervisión del estado,fig. 4a illustrates examples of rotor values measured and established by the state monitoring system,
la fig. 4b ilustra como un ejemplo el resultado de una comparación entre valores de la pala 1, valores de la pala 2 y valores de la pala 3,fig. 4b illustrates as an example the result of a comparison between values of blade 1, values of blade 2 and values of blade 3,
la fig. 5 ilustra una realización del sistema de supervisión del estado para una agrupación de plantas de energía eólica,fig. 5 illustrates an embodiment of the state monitoring system for a group of wind power plants,
la fig. 6 ilustra una realización del posicionamiento de medios de medición de emisión acústica conectados en una pala de rotor de turbina eólica,fig. 6 illustrates an embodiment of the positioning of acoustic emission measurement means connected in a wind turbine rotor blade,
la fig. 7 ilustra esquemáticamente una realización del posicionamiento de medios de medición de la emisión acústica conectados en filas, yfig. 7 schematically illustrates an embodiment of the positioning of acoustic emission measuring means connected in rows, and
la fig. 8 ilustra una vista en sección transversal de una pala de rotor de turbina eólica que comprende filas de medios de medición de la emisión acústica conectados.fig. 8 illustrates a cross-sectional view of a wind turbine rotor blade comprising rows of connected acoustic emission measuring means.
Descripción detalladaDetailed description
La Fig. 1 ilustra una vista frontal de una turbina eólica 1 moderna con una torre 2 posicionada sobre una cimentación 8. Una góndola 3 y buje 4 de turbina eólica se sitúan en la parte superior de la torre.Fig. 1 illustrates a front view of a modern wind turbine 1 with a tower 2 positioned on a foundation 8. A gondola 3 and wind turbine bushing 4 are located at the top of the tower.
El rotor de la turbina eólica 6, comprendiendo al menos una pala tal como dos o tres palas 5 de turbina eólica tal como se ilustra, se conecta al buje 4 de la turbina eólica a través de mecanismos de paso 7. Cada mecanismo deThe rotor of the wind turbine 6, comprising at least one blade such as two or three blades 5 of the wind turbine as illustrated, is connected to the hub 4 of the wind turbine through step mechanisms 7. Each mechanism of
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paso incluye un cojinete de pala y unos medios de actuación del paso que permiten a la pala cambiar su paso.step includes a blade bearing and means of action of the step that allow the blade to change its pitch.
La Fig. 2 ilustra esquemáticamente componentes principales de una planta de energía eólica y una realización de un sistema de supervisión de acuerdo con la invención. Los componentes principales incluyen las palas 5 del rotor, caja de engranajes 9 y generador 10 ilustrados con una conexión eléctrica a una red eléctrica.Fig. 2 schematically illustrates main components of a wind power plant and an embodiment of a monitoring system according to the invention. The main components include rotor blades 5, gearbox 9 and generator 10 illustrated with an electrical connection to an electrical network.
El sistema de supervisión comprende medios de supervisión 12 conectados eléctricamente a medios de medición de la emisión acústica 13 tales como sensores de emisión acústica o micrófonos acoplados a la estructura. Los medios de medición de la emisión acústica 13 reciben señales acústicas acopladas a la estructura originadas desde y transmitidas por las estructuras de una pala 5 de rotor de turbina eólica y/o componentes conectados a la pala 5.The monitoring system comprises monitoring means 12 electrically connected to acoustic emission measurement means 13 such as acoustic emission sensors or microphones coupled to the structure. The acoustic emission measuring means 13 receives acoustic signals coupled to the structure originated from and transmitted by the structures of a wind turbine rotor blade 5 and / or components connected to the blade 5.
Para una realización de la invención dichos micrófonos acoplados a la estructura pueden ser sensores piezoeléctricos.For an embodiment of the invention said microphones coupled to the structure may be piezoelectric sensors.
Los componentes estructurales de la pala 5 pueden ser por ejemplo la estructura de refuerzo, el marco base, la estructura de la superficie en fibra de vidrio, etc.The structural components of the blade 5 can be for example the reinforcing structure, the base frame, the fiberglass surface structure, etc.
Los componentes conectados pueden ser, por ejemplo, cojinetes de paso, mecanismo de paso de la pala, receptores pararrayos, conductor del pararrayos, etc.The connected components may be, for example, pitch bearings, blade pitch mechanism, lightning rod receivers, lightning conductor, etc.
En diferentes realizaciones de la invención, los medios de supervisión 12 pueden localizarse, por ejemplo, en la pala del rotor 5, en el buje 4 de la turbina eólica o en la góndola 3.In different embodiments of the invention, the monitoring means 12 can be located, for example, in the rotor blade 5, in the hub 4 of the wind turbine or in the gondola 3.
Para realizaciones adicionales de la invención dichos medios de supervisión 12 se conectan a un sistema de control de la planta de energía para suministrar información a dicho sistema con relación al estado de la planta de energía eólica.For further embodiments of the invention said monitoring means 12 are connected to a power plant control system to provide information to said system in relation to the state of the wind power plant.
La fig. 3 ilustra etapas del método del sistema de supervisión del estado de acuerdo con la invención para una planta de energía eólica.Fig. 3 illustrates steps of the state monitoring system method according to the invention for a wind power plant.
Los valores de señales de actividad tales como las señales acústicas generadas y emitidas desde las palas del rotor o estructuras de la pala del rotor, que indican el estado de los componentes de la planta de energía eólica se miden sobre cada pala 5 del rotor por los medios de medición 14a-c tal como sensores de emisión acústica o micrófonos acoplados a la estructura.The values of activity signals such as the acoustic signals generated and emitted from the rotor blades or rotor blade structures, which indicate the status of the components of the wind power plant are measured on each rotor blade 5 by the measuring means 14a-c such as acoustic emission sensors or microphones coupled to the structure.
Para una realización de la invención dichos valores se comparan por medios de comparación, tales como valores de comparación cruzados desde 14a a valores desde 14b, valores desde 14a a valores desde 14c y/o valores desde 14b a valores desde 14c. Esta comparación de parámetros puede ser directa, es decir una comparación de los valores medidos directos de señales de actividad o puede ser indirecta tal como la comparación de valores filtrados o integrados y/o comparación de valores secundarios tales como los valores promedio o integrados, valores de variación, etc.For an embodiment of the invention said values are compared by means of comparison, such as cross comparison values from 14a to values from 14b, values from 14a to values from 14c and / or values from 14b to values from 14c. This comparison of parameters can be direct, that is to say a comparison of the direct measured values of activity signals or it can be indirect such as the comparison of filtered or integrated values and / or comparison of secondary values such as average or integrated values, values of variation, etc.
Para realizaciones adicionales de la presente invención los valores de las señales de actividad pueden someterse a un procesamiento de datos adicional tal como análisis de frecuencia, análisis de correlación, análisis estadísticos, etc.For further embodiments of the present invention the values of the activity signals may be subjected to additional data processing such as frequency analysis, correlation analysis, statistical analyzes, etc.
Dado que, por ejemplo, las 3 palas de rotor están todas ellas influidas sustancialmente por los mismos parámetros medioambientales tales como la temperatura, cargas de viento, humedad, etc. deberían tener una base igual de modo que funcionen en, y soporten el impacto desde, dichos parámetros medioambientales. De ese modo si el impacto es el mismo y las palas están en igual estado no debe esperarse ninguna diferencia esencial en la respuesta desde las palas individuales.Since, for example, the 3 rotor blades are all substantially influenced by the same environmental parameters such as temperature, wind loads, humidity, etc. they should have an equal basis so that they work on, and support the impact from, such environmental parameters. Thus, if the impact is the same and the blades are in the same state, no essential difference in response from the individual blades should be expected.
Mediante dicha comparación de valores desde por ejemplo tres palas de rotor es posible supervisar si los valores procedentes de la pala cambian sus niveles a lo largo del tiempo o bruscamente, lo que puede indicar un cambio en el estado de dicha pala.By means of said comparison of values from for example three rotor blades it is possible to monitor whether the values coming from the blade change their levels over time or sharply, which may indicate a change in the state of said blade.
La fig. 4a ilustra para una realización de la invención ejemplos de los valores de señal de actividad de la pala del rotor medidos y establecidos por el sistema de supervisión del estado. La curva en línea continua en los tres gráficos para la pala 1, 2 y 3, respectivamente indican los valores de actividad relacionados con el tiempo medidos directamente. Puede verse que cuando las palas se someten sustancialmente a las mismas cargas elementales durante una vuelta de giro del rotor, es decir las formas de la curva son sustancialmente iguales, pero cuando las palas se sitúan relacionadas entre sí a % n, los valores medidos están en consecuencia retrasados en el tiempo entre ellas.Fig. 4a illustrates, for one embodiment of the invention, examples of the activity signal values of the rotor blade measured and established by the state monitoring system. The continuous line curve in the three graphs for shovel 1, 2 and 3, respectively indicate the directly related time-related activity values. It can be seen that when the blades are substantially subjected to the same elementary loads during a rotation of the rotor, that is to say the shapes of the curve are substantially equal, but when the blades are related to each other at% n, the measured values are consequently delayed in time between them.
Las curvas de puntos sobre los gráficos ilustran un valor calculado secundario tal como un promedio en el tiempo de las señales de actividad medidas.The point curves on the graphs illustrate a secondary calculated value such as an average in time of the measured activity signals.
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La fig. 4b ilustra, para los valores medidos del estado en la fig. 4a, una comparación de las señales teniendo en cuenta el desplazamiento de tiempo entre señales. Como se ilustra en la fig. 4a, las curvas en línea continua de la pala 1, 2 y 3 son sustancialmente iguales con relación a la forma de la curva y amplitud AC, y por lo tanto una comparación, como en este caso una recta, de las señales puede dar un resultado de valor sustancialmente 0. Por el contrario comparando (restando) dichos valores secundarios, este ejemplo indica que el nivel de estado promedio de la pala 1 es esencialmente más alto que la pala 2 y 3. Esto indica a su vez un estado negativo posible en la pala 1, y podría por ello, por ejemplo, controlarse el paso de la pala 1 en correspondencia por parte del controlador del rotor.Fig. 4b illustrates, for the measured values of the state in fig. 4a, a comparison of the signals taking into account the time shift between signals. As illustrated in fig. 4a, the continuous line curves of the blade 1, 2 and 3 are substantially equal in relation to the shape of the curve and amplitude AC, and therefore a comparison, as in this case a straight line, of the signals can give a value result substantially 0. On the contrary, comparing (subtracting) said secondary values, this example indicates that the average state level of the blade 1 is essentially higher than the blade 2 and 3. This in turn indicates a possible negative state in the blade 1, and therefore, for example, the pitch of the blade 1 in correspondence by the rotor controller could be controlled.
La fig. 5 ilustra una realización de un sistema distribuido de supervisión del estado para una agrupación de plantas de energía eólica. Para esta realización específica de la invención, un medio de supervisión de acondicionamiento central 16 recibe información, o valores, de los estados desde cada planta de energía eólica en una agrupación. Los estados se miden y comparan como se ha descrito anteriormente.Fig. 5 illustrates an embodiment of a distributed state monitoring system for a group of wind power plants. For this specific embodiment of the invention, a central conditioning monitoring means 16 receives information, or values, of the states from each wind power plant in a cluster. The states are measured and compared as described above.
Es posible también realizar cualquier procedimiento de los datos medidos centralmente, por ejemplo, después de haber recibido los valores medidos en bruto desde las plantas de energía eólica en la agrupación.It is also possible to perform any procedure of the centrally measured data, for example, after receiving the raw measured values from the wind power plants in the cluster.
La fig. 6 ilustra esquemáticamente una realización del posicionamiento de medios de medición de emisión acústica conectados en una pala de rotor de turbina eólica. Cuando se supervisa la emisión acústica desde estructuras distribuidas de, por ejemplo, una pala 5 de rotor, los medios de medición de la emisión acústica 13 tales como sensores de emisión acústica o micrófonos acoplados a la estructura pueden, para una realización de la invención, distribuirse en una fila, sustancialmente equidistantemente espaciados a lo largo del eje longitudinal de dicha pala 5 de rotor. De ese modo cada medio de medición 13 recibe señales acústicas que son principalmente originadas en su proximidad tal como se indica en la figura mediante la división de la pala en subsecciones de la A a la K.Fig. 6 schematically illustrates an embodiment of the positioning of acoustic emission measurement means connected in a wind turbine rotor blade. When acoustic emission is monitored from distributed structures of, for example, a rotor blade 5, the acoustic emission measurement means 13 such as acoustic emission sensors or microphones coupled to the structure may, for one embodiment of the invention, distributed in a row, substantially equidistant spaced along the longitudinal axis of said rotor blade 5. In this way each measuring means 13 receives acoustic signals that are mainly originated in its proximity as indicated in the figure by dividing the blade into subsections from A to K.
Debería interpretarse que los medios de medición 13, por ejemplo localizados en la sección D de la pala, reciben señales acústicas desde las secciones contiguas tales como la C y E respectivamente, pero dado que las señales generadas se atenúan con la distancia, el contenido principal de la señal medida por los medios 13 en la sección D se origina desde el interior de esta área.It should be interpreted that measuring means 13, for example located in section D of the blade, receive acoustic signals from adjacent sections such as C and E respectively, but since the generated signals are attenuated with distance, the main content of the signal measured by means 13 in section D originates from within this area.
Para otras realizaciones de la invención puede integrarse una pluralidad de filas de medios de medición 13 en dicha pala de rotor.For other embodiments of the invention a plurality of rows of measuring means 13 can be integrated into said rotor blade.
Para varias realizaciones de la invención el posicionamiento de los medios de medición 13 conectados puede ser, por ejemplo en el borde de salida o de ataque o en el lado de succión o presión de una pala 5 del rotor.For various embodiments of the invention, the positioning of the connected measuring means 13 can be, for example on the trailing or leading edge or on the suction or pressure side of a rotor blade 5.
En más realizaciones adicionales de la invención dichos medios de medición 13 se establecen sobre uno o más de los cojinetes 11 de paso de la pala del rotor, mediante lo que pueden obtenerse señales de actividad desde dichos cojinetes 11 de modo que se supervise su estado.In further additional embodiments of the invention said measuring means 13 are established on one or more of the bearings 11 of the rotor blade, whereby activity signals can be obtained from said bearings 11 so that their condition is monitored.
La fig. 7 ilustra una realización de la invención en la que se establece una pluralidad de filas de medios de medición 13 conectados en una pala 5 de rotor.Fig. 7 illustrates an embodiment of the invention in which a plurality of rows of measuring means 13 connected in a rotor blade 5 is established.
Mediante el establecimiento de un número elevado de medios de medición 13 distribuidos sobre todas las palas 5 de rotor, es posible obtener una elevada resolución de supervisión del estado de las palas mediante lo que puede establecerse la información con relación a la localización sustancialmente exacta de por ejemplo un estado negativo en una sección relativamente extensa de la pala 5 del rotor.By establishing a large number of measuring means 13 distributed over all rotor blades 5, it is possible to obtain a high resolution for monitoring the condition of the blades by means of which the information can be established in relation to the substantially exact location of example a negative state in a relatively large section of the rotor blade 5.
Como se indica sobre la figura, los sensores 13 se conectan mediante medios de conexión de sensores 17 tales como un cable de fibra óptica, un cable múltiple, etc. en el que dichos cables están normalmente apantallados.As indicated on the figure, the sensors 13 are connected by means of connection of sensors 17 such as a fiber optic cable, a multiple cable, etc. wherein said cables are normally shielded.
La fig. 8 ilustra esquemáticamente para una realización de la invención una vista en sección transversal AA de la pala del rotor ilustrada en la fig. 7 que comprende dicha pluralidad de filas de medios de medición. Para esta realización los medios de medición 13a-d se localizan en el borde de salida y ataque y sobre los lados de succión y presión de la pala 5 del rotor.Fig. 8 schematically illustrates for an embodiment of the invention a cross-sectional view AA of the rotor blade illustrated in fig. 7 comprising said plurality of rows of measuring means. For this embodiment the measuring means 13a-d are located at the trailing and leading edge and on the suction and pressure sides of the rotor blade 5.
Adicionalmente los valores obtenidos por los medios de medición 13 y/o valores calculados por los medios de comparación 15 pueden someterse para más realizaciones adicionales a un procesamiento de datos adicional tales como análisis de frecuencia, análisis de correlación, análisis estadísticos, etc. de modo que indiquen el estado de las palas 5 del rotor.Additionally, the values obtained by the measurement means 13 and / or values calculated by the comparison means 15 can be subjected to additional data processing for further additional purposes such as frequency analysis, correlation analysis, statistical analysis, etc. so that they indicate the state of the blades 5 of the rotor.
La invención descrita se ha ejemplificado anteriormente con referencia a ejemplos específicos de los sensores. Sin embargo, debería entenderse que la invención no está limitada a los ejemplos particulares sino que puede diseñarse y alterarse en una multitud de variedades dentro del alcance de la invención tal como se especifica en las reivindicaciones, por ejemplo con otros tipos de sensores.The described invention has been exemplified above with reference to specific examples of the sensors. However, it should be understood that the invention is not limited to particular examples but can be designed and altered in a multitude of varieties within the scope of the invention as specified in the claims, for example with other types of sensors.
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Lista de referenciaReference list
En los dibujos los siguientes números de referencia se refieren a:In the drawings the following reference numbers refer to:
1. Turbina eólica1. Wind turbine
2. Torre de turbina eólica2. Wind turbine tower
3. Góndola de turbina eólica3. Wind turbine gondola
4. Buje de turbina eólica4. Wind turbine bushing
5. Pala de turbina eólica5. Wind turbine blade
6. Rotor de turbina eólica al menos con una pala6. Wind turbine rotor with at least one blade
7. Mecanismo de cambio de paso de la pala7. Blade pitch change mechanism
8. Cimentación de la turbina eólica8. Wind turbine foundation
9. Caja de engranajes de la turbina eólica9. Wind turbine gearbox
10. Generador de la turbina eólica10. Wind turbine generator
11. Cojinete de paso del mecanismo de cambio de paso de la pala11. Step bearing of the blade pitch change mechanism
12. Medios de supervisión para un componente de la turbina eólica12. Monitoring means for a wind turbine component
13. 13a-d Medios de medición de la emisión acústica13. 13a-d Means for measuring acoustic emission
14. 14a-c Medios de medición para un componente de la turbina eólica14. 14a-c Measuring means for a wind turbine component
15. Medios de comparación15. Means of comparison
16. Medios de supervisión del estado16. Means of state supervision
17. Medios de conexión del sensor17. Sensor connection means
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